Photonen

Licht kann mit den Modellen Lichtstrahl und Lichtwelle beschrieben werden. Wir wissen heute auch, dass man Licht als einen Strom von winzig kleinen Teilchen, den Photonen, auffassen kann (Bild 1). Entwickelt wurde diese Vorstellung von einem der berühmtesten Physiker des 20. Jahrhunderts, ALBERT EINSTEIN (1879-1955), im Jahr 1905. Die betreffende Theorie wird als Photonentheorie des Lichtes bezeichnet.

Wie entstehen Photonen?

Die Aussendung von Licht ist mit Vorgängen in den einzelnen Atomen verbunden. Wird einem Körper und damit auch seinen Atomen Energie in Form von Licht oder Wärme zugeführt, so gelangen Außenelektronen in einen energetisch höheren Zustand (Bild 2a). Das kann man auch in einem Energieniveauschema darstellen (Bild 3): Elektronen gelangen auf ein höheres Energieniveau, also in einen energetisch höheren Zustand.

In diesem höheren Energiezustand bleiben die Elektronen aber nicht. Vielmehr springen sie ohne äußere Beeinflussung innerhalb kürzester Zeit (ca. innerhalb von 10 Milliardstel Sekunden) in den Ausgangszustand zurück. Dabei geben sie die Energie, die sie vorher aufgenommen haben, in Form von Licht wieder ab. Von einem Atom werden einzelne Photonen oder Lichtquanten abgegeben. Da diese Vorgänge bei vielen Atomen erfolgen, entsteht ein Strom einer sehr großen Anzahl von Photonen, die wird als Licht wahrnehmen.

Welche Eigenschaften haben Photonen?

Photonen bewegen sich stets mit Lichtgeschwindigkeit. Ruhende Photonen gibt es nicht. Jedes Photon besitzt eine bestimmte Energie, wobei folgende Zusammenhänge gelten:

• Die Energie eines Photons ist umso größer, je größer seine Frequenz ist.
   
• Die Energie eines Photons ist umso größer, je kleiner die Wellenlänge des betreffenden Lichtes ist.

Da blaues Licht eine etwa doppelt so große Frequenz und damit eine halb so große Wellenlänge wie rotes Licht besitzt, gilt:
Blaues Licht hat eine etwa doppelt so große Energie wie rotes Licht. Eine noch größere Energie besitzt das kurzwelligere, nicht sichtbare ultraviolette Licht (UV-Licht).